Be a bit more aggressive in bailing out of this routine. Spotted by
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / SROA.cpp
1 //===- SROA.cpp - Scalar Replacement Of Aggregates ------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 /// \file
10 /// This transformation implements the well known scalar replacement of
11 /// aggregates transformation. It tries to identify promotable elements of an
12 /// aggregate alloca, and promote them to registers. It will also try to
13 /// convert uses of an element (or set of elements) of an alloca into a vector
14 /// or bitfield-style integer scalar if appropriate.
15 ///
16 /// It works to do this with minimal slicing of the alloca so that regions
17 /// which are merely transferred in and out of external memory remain unchanged
18 /// and are not decomposed to scalar code.
19 ///
20 /// Because this also performs alloca promotion, it can be thought of as also
21 /// serving the purpose of SSA formation. The algorithm iterates on the
22 /// function until all opportunities for promotion have been realized.
23 ///
24 //===----------------------------------------------------------------------===//
25
26 #define DEBUG_TYPE "sroa"
27 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
28 #include "llvm/Constants.h"
29 #include "llvm/DIBuilder.h"
30 #include "llvm/DebugInfo.h"
31 #include "llvm/DerivedTypes.h"
32 #include "llvm/Function.h"
33 #include "llvm/GlobalVariable.h"
34 #include "llvm/IRBuilder.h"
35 #include "llvm/Instructions.h"
36 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
37 #include "llvm/LLVMContext.h"
38 #include "llvm/Module.h"
39 #include "llvm/Operator.h"
40 #include "llvm/Pass.h"
41 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
42 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
43 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
44 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
45 #include "llvm/ADT/TinyPtrVector.h"
46 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
47 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
48 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
49 #include "llvm/Support/CallSite.h"
50 #include "llvm/Support/Debug.h"
51 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
52 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
53 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
54 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
55 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
56 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
57 #include "llvm/Target/TargetData.h"
58 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
59 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
60 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
61 using namespace llvm;
62
63 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
64 STATISTIC(NumNewAllocas,      "Number of new, smaller allocas introduced");
65 STATISTIC(NumPromoted,        "Number of allocas promoted to SSA values");
66 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
67 STATISTIC(NumDeleted,         "Number of instructions deleted");
68 STATISTIC(NumVectorized,      "Number of vectorized aggregates");
69
70 namespace {
71 /// \brief Alloca partitioning representation.
72 ///
73 /// This class represents a partitioning of an alloca into slices, and
74 /// information about the nature of uses of each slice of the alloca. The goal
75 /// is that this information is sufficient to decide if and how to split the
76 /// alloca apart and replace slices with scalars. It is also intended that this
77 /// structure can capture the relevant information needed both to decide about
78 /// and to enact these transformations.
79 class AllocaPartitioning {
80 public:
81   /// \brief A common base class for representing a half-open byte range.
82   struct ByteRange {
83     /// \brief The beginning offset of the range.
84     uint64_t BeginOffset;
85
86     /// \brief The ending offset, not included in the range.
87     uint64_t EndOffset;
88
89     ByteRange() : BeginOffset(), EndOffset() {}
90     ByteRange(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset)
91         : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset) {}
92
93     /// \brief Support for ordering ranges.
94     ///
95     /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
96     /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
97     /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
98     /// same start position.
99     bool operator<(const ByteRange &RHS) const {
100       if (BeginOffset < RHS.BeginOffset) return true;
101       if (BeginOffset > RHS.BeginOffset) return false;
102       if (EndOffset > RHS.EndOffset) return true;
103       return false;
104     }
105
106     /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
107     bool operator<(uint64_t RHSOffset) const {
108       return BeginOffset < RHSOffset;
109     }
110
111     bool operator==(const ByteRange &RHS) const {
112       return BeginOffset == RHS.BeginOffset && EndOffset == RHS.EndOffset;
113     }
114     bool operator!=(const ByteRange &RHS) const { return !operator==(RHS); }
115   };
116
117   /// \brief A partition of an alloca.
118   ///
119   /// This structure represents a contiguous partition of the alloca. These are
120   /// formed by examining the uses of the alloca. During formation, they may
121   /// overlap but once an AllocaPartitioning is built, the Partitions within it
122   /// are all disjoint.
123   struct Partition : public ByteRange {
124     /// \brief Whether this partition is splittable into smaller partitions.
125     ///
126     /// We flag partitions as splittable when they are formed entirely due to
127     /// accesses by trivially splittable operations such as memset and memcpy.
128     ///
129     /// FIXME: At some point we should consider loads and stores of FCAs to be
130     /// splittable and eagerly split them into scalar values.
131     bool IsSplittable;
132
133     Partition() : ByteRange(), IsSplittable() {}
134     Partition(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, bool IsSplittable)
135         : ByteRange(BeginOffset, EndOffset), IsSplittable(IsSplittable) {}
136   };
137
138   /// \brief A particular use of a partition of the alloca.
139   ///
140   /// This structure is used to associate uses of a partition with it. They
141   /// mark the range of bytes which are referenced by a particular instruction,
142   /// and includes a handle to the user itself and the pointer value in use.
143   /// The bounds of these uses are determined by intersecting the bounds of the
144   /// memory use itself with a particular partition. As a consequence there is
145   /// intentionally overlap between various uses of the same partition.
146   struct PartitionUse : public ByteRange {
147     /// \brief The user of this range of the alloca.
148     AssertingVH<Instruction> User;
149
150     /// \brief The particular pointer value derived from this alloca in use.
151     AssertingVH<Instruction> Ptr;
152
153     PartitionUse() : ByteRange(), User(), Ptr() {}
154     PartitionUse(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset,
155                  Instruction *User, Instruction *Ptr)
156         : ByteRange(BeginOffset, EndOffset), User(User), Ptr(Ptr) {}
157   };
158
159   /// \brief Construct a partitioning of a particular alloca.
160   ///
161   /// Construction does most of the work for partitioning the alloca. This
162   /// performs the necessary walks of users and builds a partitioning from it.
163   AllocaPartitioning(const TargetData &TD, AllocaInst &AI);
164
165   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
166   ///
167   /// If this is true, the partitioning is never fully built and should be
168   /// ignored.
169   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
170
171   /// \brief Support for iterating over the partitions.
172   /// @{
173   typedef SmallVectorImpl<Partition>::iterator iterator;
174   iterator begin() { return Partitions.begin(); }
175   iterator end() { return Partitions.end(); }
176
177   typedef SmallVectorImpl<Partition>::const_iterator const_iterator;
178   const_iterator begin() const { return Partitions.begin(); }
179   const_iterator end() const { return Partitions.end(); }
180   /// @}
181
182   /// \brief Support for iterating over and manipulating a particular
183   /// partition's uses.
184   ///
185   /// The iteration support provided for uses is more limited, but also
186   /// includes some manipulation routines to support rewriting the uses of
187   /// partitions during SROA.
188   /// @{
189   typedef SmallVectorImpl<PartitionUse>::iterator use_iterator;
190   use_iterator use_begin(unsigned Idx) { return Uses[Idx].begin(); }
191   use_iterator use_begin(const_iterator I) { return Uses[I - begin()].begin(); }
192   use_iterator use_end(unsigned Idx) { return Uses[Idx].end(); }
193   use_iterator use_end(const_iterator I) { return Uses[I - begin()].end(); }
194   void use_insert(unsigned Idx, use_iterator UI, const PartitionUse &U) {
195     Uses[Idx].insert(UI, U);
196   }
197   void use_insert(const_iterator I, use_iterator UI, const PartitionUse &U) {
198     Uses[I - begin()].insert(UI, U);
199   }
200   void use_erase(unsigned Idx, use_iterator UI) { Uses[Idx].erase(UI); }
201   void use_erase(const_iterator I, use_iterator UI) {
202     Uses[I - begin()].erase(UI);
203   }
204
205   typedef SmallVectorImpl<PartitionUse>::const_iterator const_use_iterator;
206   const_use_iterator use_begin(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].begin(); }
207   const_use_iterator use_begin(const_iterator I) const {
208     return Uses[I - begin()].begin();
209   }
210   const_use_iterator use_end(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].end(); }
211   const_use_iterator use_end(const_iterator I) const {
212     return Uses[I - begin()].end();
213   }
214   /// @}
215
216   /// \brief Allow iterating the dead users for this alloca.
217   ///
218   /// These are instructions which will never actually use the alloca as they
219   /// are outside the allocated range. They are safe to replace with undef and
220   /// delete.
221   /// @{
222   typedef SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator dead_user_iterator;
223   dead_user_iterator dead_user_begin() const { return DeadUsers.begin(); }
224   dead_user_iterator dead_user_end() const { return DeadUsers.end(); }
225   /// @}
226
227   /// \brief Allow iterating the dead expressions referring to this alloca.
228   ///
229   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
230   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
231   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
232   /// need to replace with undef.
233   /// @{
234   typedef SmallVectorImpl<Use *>::const_iterator dead_op_iterator;
235   dead_op_iterator dead_op_begin() const { return DeadOperands.begin(); }
236   dead_op_iterator dead_op_end() const { return DeadOperands.end(); }
237   /// @}
238
239   /// \brief MemTransferInst auxiliary data.
240   /// This struct provides some auxiliary data about memory transfer
241   /// intrinsics such as memcpy and memmove. These intrinsics can use two
242   /// different ranges within the same alloca, and provide other challenges to
243   /// correctly represent. We stash extra data to help us untangle this
244   /// after the partitioning is complete.
245   struct MemTransferOffsets {
246     uint64_t DestBegin, DestEnd;
247     uint64_t SourceBegin, SourceEnd;
248     bool IsSplittable;
249   };
250   MemTransferOffsets getMemTransferOffsets(MemTransferInst &II) const {
251     return MemTransferInstData.lookup(&II);
252   }
253
254   /// \brief Map from a PHI or select operand back to a partition.
255   ///
256   /// When manipulating PHI nodes or selects, they can use more than one
257   /// partition of an alloca. We store a special mapping to allow finding the
258   /// partition referenced by each of these operands, if any.
259   iterator findPartitionForPHIOrSelectOperand(Instruction &I, Value *Op) {
260     SmallDenseMap<std::pair<Instruction *, Value *>,
261                   std::pair<unsigned, unsigned> >::const_iterator MapIt
262       = PHIOrSelectOpMap.find(std::make_pair(&I, Op));
263     if (MapIt == PHIOrSelectOpMap.end())
264       return end();
265
266     return begin() + MapIt->second.first;
267   }
268
269   /// \brief Map from a PHI or select operand back to the specific use of
270   /// a partition.
271   ///
272   /// Similar to mapping these operands back to the partitions, this maps
273   /// directly to the use structure of that partition.
274   use_iterator findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(Instruction &I,
275                                                      Value *Op) {
276     SmallDenseMap<std::pair<Instruction *, Value *>,
277                   std::pair<unsigned, unsigned> >::const_iterator MapIt
278       = PHIOrSelectOpMap.find(std::make_pair(&I, Op));
279     assert(MapIt != PHIOrSelectOpMap.end());
280     return Uses[MapIt->second.first].begin() + MapIt->second.second;
281   }
282
283   /// \brief Compute a common type among the uses of a particular partition.
284   ///
285   /// This routines walks all of the uses of a particular partition and tries
286   /// to find a common type between them. Untyped operations such as memset and
287   /// memcpy are ignored.
288   Type *getCommonType(iterator I) const;
289
290 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
291   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
292   void printUsers(raw_ostream &OS, const_iterator I,
293                   StringRef Indent = "  ") const;
294   void print(raw_ostream &OS) const;
295   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump(const_iterator I) const;
296   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump() const;
297 #endif
298
299 private:
300   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
301   class PartitionBuilder;
302   friend class AllocaPartitioning::PartitionBuilder;
303   class UseBuilder;
304   friend class AllocaPartitioning::UseBuilder;
305
306   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
307   AllocaInst &AI;
308
309   /// \brief The instruction responsible for this alloca having no partitioning.
310   ///
311   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
312   /// store a pointer to that here and abort trying to partition the alloca.
313   /// This will be null if the alloca is partitioned successfully.
314   Instruction *PointerEscapingInstr;
315
316   /// \brief The partitions of the alloca.
317   ///
318   /// We store a vector of the partitions over the alloca here. This vector is
319   /// sorted by increasing begin offset, and then by decreasing end offset. See
320   /// the Partition inner class for more details. Initially (during
321   /// construction) there are overlaps, but we form a disjoint sequence of
322   /// partitions while finishing construction and a fully constructed object is
323   /// expected to always have this as a disjoint space.
324   SmallVector<Partition, 8> Partitions;
325
326   /// \brief The uses of the partitions.
327   ///
328   /// This is essentially a mapping from each partition to a list of uses of
329   /// that partition. The mapping is done with a Uses vector that has the exact
330   /// same number of entries as the partition vector. Each entry is itself
331   /// a vector of the uses.
332   SmallVector<SmallVector<PartitionUse, 2>, 8> Uses;
333
334   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
335   ///
336   /// Note that these are not separated by partition. This is because we expect
337   /// a partitioned alloca to be completely rewritten or not rewritten at all.
338   /// If rewritten, all these instructions can simply be removed and replaced
339   /// with undef as they come from outside of the allocated space.
340   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
341
342   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
343   ///
344   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
345   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
346   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
347   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
348   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
349   /// the alloca.
350   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
351
352   /// \brief The underlying storage for auxiliary memcpy and memset info.
353   SmallDenseMap<MemTransferInst *, MemTransferOffsets, 4> MemTransferInstData;
354
355   /// \brief A side datastructure used when building up the partitions and uses.
356   ///
357   /// This mapping is only really used during the initial building of the
358   /// partitioning so that we can retain information about PHI and select nodes
359   /// processed.
360   SmallDenseMap<Instruction *, std::pair<uint64_t, bool> > PHIOrSelectSizes;
361
362   /// \brief Auxiliary information for particular PHI or select operands.
363   SmallDenseMap<std::pair<Instruction *, Value *>,
364                 std::pair<unsigned, unsigned>, 4> PHIOrSelectOpMap;
365
366   /// \brief A utility routine called from the constructor.
367   ///
368   /// This does what it says on the tin. It is the key of the alloca partition
369   /// splitting and merging. After it is called we have the desired disjoint
370   /// collection of partitions.
371   void splitAndMergePartitions();
372 };
373 }
374
375 template <typename DerivedT, typename RetT>
376 class AllocaPartitioning::BuilderBase
377     : public InstVisitor<DerivedT, RetT> {
378 public:
379   BuilderBase(const TargetData &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
380       : TD(TD),
381         AllocSize(TD.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())),
382         P(P) {
383     enqueueUsers(AI, 0);
384   }
385
386 protected:
387   const TargetData &TD;
388   const uint64_t AllocSize;
389   AllocaPartitioning &P;
390
391   struct OffsetUse {
392     Use *U;
393     uint64_t Offset;
394   };
395   SmallVector<OffsetUse, 8> Queue;
396
397   // The active offset and use while visiting.
398   Use *U;
399   uint64_t Offset;
400
401   void enqueueUsers(Instruction &I, uint64_t UserOffset) {
402     SmallPtrSet<User *, 8> UserSet;
403     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end();
404          UI != UE; ++UI) {
405       if (!UserSet.insert(*UI))
406         continue;
407
408       OffsetUse OU = { &UI.getUse(), UserOffset };
409       Queue.push_back(OU);
410     }
411   }
412
413   bool computeConstantGEPOffset(GetElementPtrInst &GEPI, uint64_t &GEPOffset) {
414     GEPOffset = Offset;
415     for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI), GTE = gep_type_end(GEPI);
416          GTI != GTE; ++GTI) {
417       ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
418       if (!OpC)
419         return false;
420       if (OpC->isZero())
421         continue;
422
423       // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
424       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
425         unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
426         const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
427         GEPOffset += SL->getElementOffset(ElementIdx);
428         continue;
429       }
430
431       GEPOffset
432         += OpC->getZExtValue() * TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
433     }
434     return true;
435   }
436
437   Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
438     // If the condition being selected on is a constant or the same value is
439     // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
440     // early on.
441     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
442       return SI.getOperand(1+CI->isZero());
443     if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2)) {
444       assert(*U == SI.getOperand(1));
445       return SI.getOperand(1);
446     }
447     return 0;
448   }
449 };
450
451 /// \brief Builder for the alloca partitioning.
452 ///
453 /// This class builds an alloca partitioning by recursively visiting the uses
454 /// of an alloca and splitting the partitions for each load and store at each
455 /// offset.
456 class AllocaPartitioning::PartitionBuilder
457     : public BuilderBase<PartitionBuilder, bool> {
458   friend class InstVisitor<PartitionBuilder, bool>;
459
460   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferPartitionMap;
461
462 public:
463   PartitionBuilder(const TargetData &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
464       : BuilderBase<PartitionBuilder, bool>(TD, AI, P) {}
465
466   /// \brief Run the builder over the allocation.
467   bool operator()() {
468     // Note that we have to re-evaluate size on each trip through the loop as
469     // the queue grows at the tail.
470     for (unsigned Idx = 0; Idx < Queue.size(); ++Idx) {
471       U = Queue[Idx].U;
472       Offset = Queue[Idx].Offset;
473       if (!visit(cast<Instruction>(U->getUser())))
474         return false;
475     }
476     return true;
477   }
478
479 private:
480   bool markAsEscaping(Instruction &I) {
481     P.PointerEscapingInstr = &I;
482     return false;
483   }
484
485   void insertUse(Instruction &I, uint64_t Size, bool IsSplittable = false) {
486     uint64_t BeginOffset = Offset, EndOffset = Offset + Size;
487
488     // Completely skip uses which start outside of the allocation.
489     if (BeginOffset >= AllocSize) {
490       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
491                    << " which starts past the end of the " << AllocSize
492                    << " byte alloca:\n"
493                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
494                    << "       use: " << I << "\n");
495       return;
496     }
497
498     // Clamp the size to the allocation.
499     if (EndOffset > AllocSize) {
500       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
501                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
502                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
503                    << "       use: " << I << "\n");
504       EndOffset = AllocSize;
505     }
506
507     // See if we can just add a user onto the last slot currently occupied.
508     if (!P.Partitions.empty() &&
509         P.Partitions.back().BeginOffset == BeginOffset &&
510         P.Partitions.back().EndOffset == EndOffset) {
511       P.Partitions.back().IsSplittable &= IsSplittable;
512       return;
513     }
514
515     Partition New(BeginOffset, EndOffset, IsSplittable);
516     P.Partitions.push_back(New);
517   }
518
519   bool handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I) {
520     uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(Ty);
521
522     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
523     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
524     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
525     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
526     // risk of overflow.
527     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
528     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
529     if (Offset >= AllocSize || Size > AllocSize || Offset + Size > AllocSize) {
530       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte "
531                    << (isa<LoadInst>(I) ? "load" : "store") << " @" << Offset
532                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
533                    << " byte alloca:\n"
534                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
535                    << "       use: " << I << "\n");
536       return true;
537     }
538
539     insertUse(I, Size);
540     return true;
541   }
542
543   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
544     enqueueUsers(BC, Offset);
545     return true;
546   }
547
548   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
549     uint64_t GEPOffset;
550     if (!computeConstantGEPOffset(GEPI, GEPOffset))
551       return markAsEscaping(GEPI);
552
553     enqueueUsers(GEPI, GEPOffset);
554     return true;
555   }
556
557   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
558     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI);
559   }
560
561   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
562     if (SI.getOperand(0) == *U)
563       return markAsEscaping(SI);
564
565     return handleLoadOrStore(SI.getOperand(0)->getType(), SI);
566   }
567
568
569   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
570     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
571     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
572     insertUse(II, Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset, Length);
573     return true;
574   }
575
576   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
577     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
578     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
579     if (!Size)
580       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
581       return true;
582
583     MemTransferOffsets &Offsets = P.MemTransferInstData[&II];
584
585     // Only intrinsics with a constant length can be split.
586     Offsets.IsSplittable = Length;
587
588     if (*U != II.getRawDest()) {
589       assert(*U == II.getRawSource());
590       Offsets.SourceBegin = Offset;
591       Offsets.SourceEnd = Offset + Size;
592     } else {
593       Offsets.DestBegin = Offset;
594       Offsets.DestEnd = Offset + Size;
595     }
596
597     insertUse(II, Size, Offsets.IsSplittable);
598     unsigned NewIdx = P.Partitions.size() - 1;
599
600     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::const_iterator PMI;
601     bool Inserted = false;
602     llvm::tie(PMI, Inserted)
603       = MemTransferPartitionMap.insert(std::make_pair(&II, NewIdx));
604     if (!Inserted && Offsets.IsSplittable) {
605       // We've found a memory transfer intrinsic which refers to the alloca as
606       // both a source and dest. We refuse to split these to simplify splitting
607       // logic. If possible, SROA will still split them into separate allocas
608       // and then re-analyze.
609       Offsets.IsSplittable = false;
610       P.Partitions[PMI->second].IsSplittable = false;
611       P.Partitions[NewIdx].IsSplittable = false;
612     }
613
614     return true;
615   }
616
617   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
618   // FIXME: What about debug instrinsics? This matches old behavior, but
619   // doesn't make sense.
620   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
621     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
622         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
623       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
624       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset, Length->getLimitedValue());
625       insertUse(II, Size, true);
626       return true;
627     }
628
629     return markAsEscaping(II);
630   }
631
632   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
633     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
634     // the same offset to be a viable use for partitioning purposes. These uses
635     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
636     // size.
637     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
638     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
639     Visited.insert(Root);
640     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
641     do {
642       Instruction *I, *UsedI;
643       llvm::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
644
645       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
646         Size = std::max(Size, TD.getTypeStoreSize(LI->getType()));
647         continue;
648       }
649       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
650         Value *Op = SI->getOperand(0);
651         if (Op == UsedI)
652           return SI;
653         Size = std::max(Size, TD.getTypeStoreSize(Op->getType()));
654         continue;
655       }
656
657       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
658         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
659           return GEP;
660       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
661                  !isa<SelectInst>(I)) {
662         return I;
663       }
664
665       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end(); UI != UE;
666            ++UI)
667         if (Visited.insert(cast<Instruction>(*UI)))
668           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(*UI)));
669     } while (!Uses.empty());
670
671     return 0;
672   }
673
674   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
675     // See if we already have computed info on this node.
676     std::pair<uint64_t, bool> &PHIInfo = P.PHIOrSelectSizes[&PN];
677     if (PHIInfo.first) {
678       PHIInfo.second = true;
679       insertUse(PN, PHIInfo.first);
680       return true;
681     }
682
683     // Check for an unsafe use of the PHI node.
684     if (Instruction *EscapingI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&PN, PHIInfo.first))
685       return markAsEscaping(*EscapingI);
686
687     insertUse(PN, PHIInfo.first);
688     return true;
689   }
690
691   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
692     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
693       if (Result == *U)
694         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
695         // through the select as if we had RAUW'ed it.
696         enqueueUsers(SI, Offset);
697
698       return true;
699     }
700
701     // See if we already have computed info on this node.
702     std::pair<uint64_t, bool> &SelectInfo = P.PHIOrSelectSizes[&SI];
703     if (SelectInfo.first) {
704       SelectInfo.second = true;
705       insertUse(SI, SelectInfo.first);
706       return true;
707     }
708
709     // Check for an unsafe use of the PHI node.
710     if (Instruction *EscapingI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&SI, SelectInfo.first))
711       return markAsEscaping(*EscapingI);
712
713     insertUse(SI, SelectInfo.first);
714     return true;
715   }
716
717   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
718   bool visitInstruction(Instruction &I) { return markAsEscaping(I); }
719 };
720
721
722 /// \brief Use adder for the alloca partitioning.
723 ///
724 /// This class adds the uses of an alloca to all of the partitions which they
725 /// use. For splittable partitions, this can end up doing essentially a linear
726 /// walk of the partitions, but the number of steps remains bounded by the
727 /// total result instruction size:
728 /// - The number of partitions is a result of the number unsplittable
729 ///   instructions using the alloca.
730 /// - The number of users of each partition is at worst the total number of
731 ///   splittable instructions using the alloca.
732 /// Thus we will produce N * M instructions in the end, where N are the number
733 /// of unsplittable uses and M are the number of splittable. This visitor does
734 /// the exact same number of updates to the partitioning.
735 ///
736 /// In the more common case, this visitor will leverage the fact that the
737 /// partition space is pre-sorted, and do a logarithmic search for the
738 /// partition needed, making the total visit a classical ((N + M) * log(N))
739 /// complexity operation.
740 class AllocaPartitioning::UseBuilder : public BuilderBase<UseBuilder> {
741   friend class InstVisitor<UseBuilder>;
742
743   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
744   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
745
746 public:
747   UseBuilder(const TargetData &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
748       : BuilderBase<UseBuilder>(TD, AI, P) {}
749
750   /// \brief Run the builder over the allocation.
751   void operator()() {
752     // Note that we have to re-evaluate size on each trip through the loop as
753     // the queue grows at the tail.
754     for (unsigned Idx = 0; Idx < Queue.size(); ++Idx) {
755       U = Queue[Idx].U;
756       Offset = Queue[Idx].Offset;
757       this->visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
758     }
759   }
760
761 private:
762   void markAsDead(Instruction &I) {
763     if (VisitedDeadInsts.insert(&I))
764       P.DeadUsers.push_back(&I);
765   }
766
767   void insertUse(uint64_t Size, Instruction &User) {
768     uint64_t BeginOffset = Offset, EndOffset = Offset + Size;
769
770     // If the use extends outside of the allocation, record it as a dead use
771     // for elimination later.
772     if (BeginOffset >= AllocSize || Size == 0)
773       return markAsDead(User);
774
775     // Bound the use by the size of the allocation.
776     if (EndOffset > AllocSize)
777       EndOffset = AllocSize;
778
779     // NB: This only works if we have zero overlapping partitions.
780     iterator B = std::lower_bound(P.begin(), P.end(), BeginOffset);
781     if (B != P.begin() && llvm::prior(B)->EndOffset > BeginOffset)
782       B = llvm::prior(B);
783     for (iterator I = B, E = P.end(); I != E && I->BeginOffset < EndOffset;
784          ++I) {
785       PartitionUse NewUse(std::max(I->BeginOffset, BeginOffset),
786                           std::min(I->EndOffset, EndOffset),
787                           &User, cast<Instruction>(*U));
788       P.Uses[I - P.begin()].push_back(NewUse);
789       if (isa<PHINode>(U->getUser()) || isa<SelectInst>(U->getUser()))
790         P.PHIOrSelectOpMap[std::make_pair(&User, U->get())]
791           = std::make_pair(I - P.begin(), P.Uses[I - P.begin()].size() - 1);
792     }
793   }
794
795   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I) {
796     uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(Ty);
797
798     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
799     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
800     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
801     // behavior of insertUse.
802     if (Offset >= AllocSize || Size > AllocSize || Offset + Size > AllocSize)
803       return markAsDead(I);
804
805     insertUse(Size, I);
806   }
807
808   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
809     if (BC.use_empty())
810       return markAsDead(BC);
811
812     enqueueUsers(BC, Offset);
813   }
814
815   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
816     if (GEPI.use_empty())
817       return markAsDead(GEPI);
818
819     uint64_t GEPOffset;
820     if (!computeConstantGEPOffset(GEPI, GEPOffset))
821       llvm_unreachable("Unable to compute constant offset for use");
822
823     enqueueUsers(GEPI, GEPOffset);
824   }
825
826   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
827     handleLoadOrStore(LI.getType(), LI);
828   }
829
830   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
831     handleLoadOrStore(SI.getOperand(0)->getType(), SI);
832   }
833
834   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
835     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
836     insertUse(Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset, II);
837   }
838
839   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
840     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
841     insertUse(Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset, II);
842   }
843
844   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
845     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
846            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
847
848     ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
849     insertUse(std::min(AllocSize - Offset, Length->getLimitedValue()), II);
850   }
851
852   void insertPHIOrSelect(Instruction &User) {
853     uint64_t Size = P.PHIOrSelectSizes.lookup(&User).first;
854
855     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
856     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
857     // case them here and use a separate structure to track the operands
858     // themselves which should be replaced with undef.
859     if (Offset >= AllocSize) {
860       P.DeadOperands.push_back(U);
861       return;
862     }
863
864     insertUse(Size, User);
865   }
866   void visitPHINode(PHINode &PN) {
867     if (PN.use_empty())
868       return markAsDead(PN);
869
870     insertPHIOrSelect(PN);
871   }
872   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
873     if (SI.use_empty())
874       return markAsDead(SI);
875
876     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
877       if (Result == *U)
878         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
879         // through the select as if we had RAUW'ed it.
880         enqueueUsers(SI, Offset);
881
882       return;
883     }
884
885     insertPHIOrSelect(SI);
886   }
887
888   /// \brief Unreachable, we've already visited the alloca once.
889   void visitInstruction(Instruction &I) {
890     llvm_unreachable("Unhandled instruction in use builder.");
891   }
892 };
893
894 void AllocaPartitioning::splitAndMergePartitions() {
895   size_t NumDeadPartitions = 0;
896
897   // Track the range of splittable partitions that we pass when accumulating
898   // overlapping unsplittable partitions.
899   uint64_t SplitEndOffset = 0ull;
900
901   Partition New(0ull, 0ull, false);
902
903   for (unsigned i = 0, j = i, e = Partitions.size(); i != e; i = j) {
904     ++j;
905
906     if (!Partitions[i].IsSplittable || New.BeginOffset == New.EndOffset) {
907       assert(New.BeginOffset == New.EndOffset);
908       New = Partitions[i];
909     } else {
910       assert(New.IsSplittable);
911       New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, Partitions[i].EndOffset);
912     }
913     assert(New.BeginOffset != New.EndOffset);
914
915     // Scan the overlapping partitions.
916     while (j != e && New.EndOffset > Partitions[j].BeginOffset) {
917       // If the new partition we are forming is splittable, stop at the first
918       // unsplittable partition.
919       if (New.IsSplittable && !Partitions[j].IsSplittable)
920         break;
921
922       // Grow the new partition to include any equally splittable range. 'j' is
923       // always equally splittable when New is splittable, but when New is not
924       // splittable, we may subsume some (or part of some) splitable partition
925       // without growing the new one.
926       if (New.IsSplittable == Partitions[j].IsSplittable) {
927         New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, Partitions[j].EndOffset);
928       } else {
929         assert(!New.IsSplittable);
930         assert(Partitions[j].IsSplittable);
931         SplitEndOffset = std::max(SplitEndOffset, Partitions[j].EndOffset);
932       }
933
934       Partitions[j].BeginOffset = Partitions[j].EndOffset = UINT64_MAX;
935       ++NumDeadPartitions;
936       ++j;
937     }
938
939     // If the new partition is splittable, chop off the end as soon as the
940     // unsplittable subsequent partition starts and ensure we eventually cover
941     // the splittable area.
942     if (j != e && New.IsSplittable) {
943       SplitEndOffset = std::max(SplitEndOffset, New.EndOffset);
944       New.EndOffset = std::min(New.EndOffset, Partitions[j].BeginOffset);
945     }
946
947     // Add the new partition if it differs from the original one and is
948     // non-empty. We can end up with an empty partition here if it was
949     // splittable but there is an unsplittable one that starts at the same
950     // offset.
951     if (New != Partitions[i]) {
952       if (New.BeginOffset != New.EndOffset)
953         Partitions.push_back(New);
954       // Mark the old one for removal.
955       Partitions[i].BeginOffset = Partitions[i].EndOffset = UINT64_MAX;
956       ++NumDeadPartitions;
957     }
958
959     New.BeginOffset = New.EndOffset;
960     if (!New.IsSplittable) {
961       New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, SplitEndOffset);
962       if (j != e && !Partitions[j].IsSplittable)
963         New.EndOffset = std::min(New.EndOffset, Partitions[j].BeginOffset);
964       New.IsSplittable = true;
965       // If there is a trailing splittable partition which won't be fused into
966       // the next splittable partition go ahead and add it onto the partitions
967       // list.
968       if (New.BeginOffset < New.EndOffset &&
969           (j == e || !Partitions[j].IsSplittable ||
970            New.EndOffset < Partitions[j].BeginOffset)) {
971         Partitions.push_back(New);
972         New.BeginOffset = New.EndOffset = 0ull;
973       }
974     }
975   }
976
977   // Re-sort the partitions now that they have been split and merged into
978   // disjoint set of partitions. Also remove any of the dead partitions we've
979   // replaced in the process.
980   std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
981   if (NumDeadPartitions) {
982     assert(Partitions.back().BeginOffset == UINT64_MAX);
983     assert(Partitions.back().EndOffset == UINT64_MAX);
984     assert((ptrdiff_t)NumDeadPartitions ==
985            std::count(Partitions.begin(), Partitions.end(), Partitions.back()));
986   }
987   Partitions.erase(Partitions.end() - NumDeadPartitions, Partitions.end());
988 }
989
990 AllocaPartitioning::AllocaPartitioning(const TargetData &TD, AllocaInst &AI)
991     : AI(AI), PointerEscapingInstr(0) {
992   PartitionBuilder PB(TD, AI, *this);
993   if (!PB())
994     return;
995
996   if (Partitions.size() > 1) {
997     // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
998     // and the sizes to be in descending order.
999     std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
1000
1001     // Intersect splittability for all partitions with equal offsets and sizes.
1002     // Then remove all but the first so that we have a sequence of non-equal but
1003     // potentially overlapping partitions.
1004     for (iterator I = Partitions.begin(), J = I, E = Partitions.end(); I != E;
1005          I = J) {
1006       ++J;
1007       while (J != E && *I == *J) {
1008         I->IsSplittable &= J->IsSplittable;
1009         ++J;
1010       }
1011     }
1012     Partitions.erase(std::unique(Partitions.begin(), Partitions.end()),
1013                      Partitions.end());
1014
1015     // Split splittable and merge unsplittable partitions into a disjoint set
1016     // of partitions over the used space of the allocation.
1017     splitAndMergePartitions();
1018   }
1019
1020   // Now build up the user lists for each of these disjoint partitions by
1021   // re-walking the recursive users of the alloca.
1022   Uses.resize(Partitions.size());
1023   UseBuilder UB(TD, AI, *this);
1024   UB();
1025   for (iterator I = Partitions.begin(), E = Partitions.end(); I != E; ++I)
1026     std::stable_sort(use_begin(I), use_end(I));
1027 }
1028
1029 Type *AllocaPartitioning::getCommonType(iterator I) const {
1030   Type *Ty = 0;
1031   for (const_use_iterator UI = use_begin(I), UE = use_end(I); UI != UE; ++UI) {
1032     if (isa<MemIntrinsic>(*UI->User))
1033       continue;
1034     if (UI->BeginOffset != I->BeginOffset || UI->EndOffset != I->EndOffset)
1035       break;
1036
1037     Type *UserTy = 0;
1038     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(&*UI->User)) {
1039       UserTy = LI->getType();
1040     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(&*UI->User)) {
1041       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1042     } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&*UI->User)) {
1043       if (PointerType *PtrTy = dyn_cast<PointerType>(SI->getType()))
1044         UserTy = PtrTy->getElementType();
1045     } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&*UI->User)) {
1046       if (PointerType *PtrTy = dyn_cast<PointerType>(PN->getType()))
1047         UserTy = PtrTy->getElementType();
1048     }
1049
1050     if (Ty && Ty != UserTy)
1051       return 0;
1052
1053     Ty = UserTy;
1054   }
1055   return Ty;
1056 }
1057
1058 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1059
1060 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1061                                StringRef Indent) const {
1062   OS << Indent << "partition #" << (I - begin())
1063      << " [" << I->BeginOffset << "," << I->EndOffset << ")"
1064      << (I->IsSplittable ? " (splittable)" : "")
1065      << (Uses[I - begin()].empty() ? " (zero uses)" : "")
1066      << "\n";
1067 }
1068
1069 void AllocaPartitioning::printUsers(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1070                                     StringRef Indent) const {
1071   for (const_use_iterator UI = use_begin(I), UE = use_end(I);
1072        UI != UE; ++UI) {
1073     OS << Indent << "  [" << UI->BeginOffset << "," << UI->EndOffset << ") "
1074        << "used by: " << *UI->User << "\n";
1075     if (MemTransferInst *II = dyn_cast<MemTransferInst>(&*UI->User)) {
1076       const MemTransferOffsets &MTO = MemTransferInstData.lookup(II);
1077       bool IsDest;
1078       if (!MTO.IsSplittable)
1079         IsDest = UI->BeginOffset == MTO.DestBegin;
1080       else
1081         IsDest = MTO.DestBegin != 0u;
1082       OS << Indent << "    (original " << (IsDest ? "dest" : "source") << ": "
1083          << "[" << (IsDest ? MTO.DestBegin : MTO.SourceBegin)
1084          << "," << (IsDest ? MTO.DestEnd : MTO.SourceEnd) << ")\n";
1085     }
1086   }
1087 }
1088
1089 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS) const {
1090   if (PointerEscapingInstr) {
1091     OS << "No partitioning for alloca: " << AI << "\n"
1092        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
1093        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
1094     return;
1095   }
1096
1097   OS << "Partitioning of alloca: " << AI << "\n";
1098   unsigned Num = 0;
1099   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I, ++Num) {
1100     print(OS, I);
1101     printUsers(OS, I);
1102   }
1103 }
1104
1105 void AllocaPartitioning::dump(const_iterator I) const { print(dbgs(), I); }
1106 void AllocaPartitioning::dump() const { print(dbgs()); }
1107
1108 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1109
1110
1111 namespace {
1112 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
1113 ///
1114 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
1115 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
1116 /// a few steps to this process.
1117 ///
1118 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
1119 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
1120 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
1121 ///    as necessary and try to isolate invidual scalar accesses.
1122 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
1123 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
1124 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
1125 ///    select to be a PHI or select of the results.
1126 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
1127 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
1128 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
1129 ///    SSA vector values.
1130 class SROA : public FunctionPass {
1131   LLVMContext *C;
1132   const TargetData *TD;
1133   DominatorTree *DT;
1134
1135   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
1136   ///
1137   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
1138   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
1139   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
1140   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
1141   /// already present to ensure it is re-visited.
1142   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
1143
1144   /// \brief A collection of instructions to delete.
1145   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
1146   /// efficient.
1147   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
1148
1149   /// \brief A set to prevent repeatedly marking an instruction split into many
1150   /// uses as dead. Only used to guard insertion into DeadInsts.
1151   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DeadSplitInsts;
1152
1153   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
1154   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
1155
1156 public:
1157   SROA() : FunctionPass(ID), C(0), TD(0), DT(0) {
1158     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1159   }
1160   bool runOnFunction(Function &F);
1161   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1162
1163   const char *getPassName() const { return "SROA"; }
1164   static char ID;
1165
1166 private:
1167   friend class AllocaPartitionRewriter;
1168   friend class AllocaPartitionVectorRewriter;
1169
1170   bool rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
1171                               AllocaPartitioning &P,
1172                               AllocaPartitioning::iterator PI);
1173   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P);
1174   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
1175   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> &DeletedAllocas);
1176 };
1177 }
1178
1179 char SROA::ID = 0;
1180
1181 FunctionPass *llvm::createSROAPass() {
1182   return new SROA();
1183 }
1184
1185 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1186                       false, false)
1187 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
1188 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1189                     false, false)
1190
1191 /// \brief Accumulate the constant offsets in a GEP into a single APInt offset.
1192 ///
1193 /// If the provided GEP is all-constant, the total byte offset formed by the
1194 /// GEP is computed and Offset is set to it. If the GEP has any non-constant
1195 /// operands, the function returns false and the value of Offset is unmodified.
1196 static bool accumulateGEPOffsets(const TargetData &TD, GEPOperator &GEP,
1197                                  APInt &Offset) {
1198   APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1199   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1200        GTI != GTE; ++GTI) {
1201     ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1202     if (!OpC)
1203       return false;
1204     if (OpC->isZero()) continue;
1205
1206     // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
1207     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1208       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1209       const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1210       GEPOffset += APInt(Offset.getBitWidth(),
1211                          SL->getElementOffset(ElementIdx));
1212       continue;
1213     }
1214
1215     APInt TypeSize(Offset.getBitWidth(),
1216                    TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
1217     if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(*GTI)) {
1218       assert((VTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
1219              "vector element size is not a multiple of 8, cannot GEP over it");
1220       TypeSize = VTy->getScalarSizeInBits() / 8;
1221     }
1222
1223     GEPOffset += OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth()) * TypeSize;
1224   }
1225   Offset = GEPOffset;
1226   return true;
1227 }
1228
1229 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1230 ///
1231 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1232 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1233 static Value *buildGEP(IRBuilder<> &IRB, Value *BasePtr,
1234                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1235                        const Twine &Prefix) {
1236   if (Indices.empty())
1237     return BasePtr;
1238
1239   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1240   // in that case.
1241   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1242     return BasePtr;
1243
1244   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, Prefix + ".idx");
1245 }
1246
1247 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1248 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1249 ///
1250 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1251 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1252 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1253 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1254 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1255 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1256 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1257                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1258                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1259                                     const Twine &Prefix) {
1260   if (Ty == TargetTy)
1261     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1262
1263   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1264   // type.
1265   unsigned NumLayers = 0;
1266   Type *ElementTy = Ty;
1267   do {
1268     if (ElementTy->isPointerTy())
1269       break;
1270     if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(ElementTy)) {
1271       ElementTy = SeqTy->getElementType();
1272       Indices.push_back(IRB.getInt(APInt(TD.getPointerSizeInBits(), 0)));
1273     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1274       ElementTy = *STy->element_begin();
1275       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1276     } else {
1277       break;
1278     }
1279     ++NumLayers;
1280   } while (ElementTy != TargetTy);
1281   if (ElementTy != TargetTy)
1282     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1283
1284   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1285 }
1286
1287 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1288 ///
1289 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1290 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1291 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1292                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1293                                        Type *TargetTy,
1294                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1295                                        const Twine &Prefix) {
1296   if (Offset == 0)
1297     return getNaturalGEPWithType(IRB, TD, Ptr, Ty, TargetTy, Indices, Prefix);
1298
1299   // We can't recurse through pointer types.
1300   if (Ty->isPointerTy())
1301     return 0;
1302
1303   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1304   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1305   // over a vector from the IR completely.
1306   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1307     unsigned ElementSizeInBits = VecTy->getScalarSizeInBits();
1308     if (ElementSizeInBits % 8)
1309       return 0; // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1310     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1311     APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
1312     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1313       return 0;
1314     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1315     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1316     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, VecTy->getElementType(),
1317                                     Offset, TargetTy, Indices, Prefix);
1318   }
1319
1320   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1321     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1322     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1323     APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
1324     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1325       return 0;
1326
1327     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1328     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1329     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1330                                     Indices, Prefix);
1331   }
1332
1333   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1334   if (!STy)
1335     return 0;
1336
1337   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1338   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1339   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1340     return 0;
1341   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1342   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1343   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1344   if (Offset.uge(TD.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1345     return 0; // The offset points into alignment padding.
1346
1347   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1348   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1349                                   Indices, Prefix);
1350 }
1351
1352 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1353 /// resulting in a particular type.
1354 ///
1355 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1356 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1357 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1358 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1359 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1360 ///
1361 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1362 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1363                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1364                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1365                                       const Twine &Prefix) {
1366   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1367
1368   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1369   // an i8.
1370   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy() && TargetTy->isIntegerTy(8))
1371     return 0;
1372
1373   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1374   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1375   if (ElementSize == 0)
1376     return 0; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1377   APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
1378
1379   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1380   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1381   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1382                                   Indices, Prefix);
1383 }
1384
1385 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1386 /// resulting pointer has PointerTy.
1387 ///
1388 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1389 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1390 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1391 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1392 /// bitcast to the type.
1393 ///
1394 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1395 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1396 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1397 /// properities. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1398 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1399 /// surrounding code.
1400 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1401                              Value *Ptr, APInt Offset, Type *PointerTy,
1402                              const Twine &Prefix) {
1403   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1404   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1405   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1406   Visited.insert(Ptr);
1407   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1408
1409   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1410   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1411   // fall back to it, so keep it around here.
1412   Value *OffsetPtr = 0;
1413
1414   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1415   // byte offset.
1416   Value *Int8Ptr = 0;
1417   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1418
1419   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1420
1421   do {
1422     // First fold any existing GEPs into the offset.
1423     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1424       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1425       if (!accumulateGEPOffsets(TD, *GEP, GEPOffset))
1426         break;
1427       Offset += GEPOffset;
1428       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1429       if (!Visited.insert(Ptr))
1430         break;
1431     }
1432
1433     // See if we can perform a natural GEP here.
1434     Indices.clear();
1435     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, TD, Ptr, Offset, TargetTy,
1436                                            Indices, Prefix)) {
1437       if (P->getType() == PointerTy) {
1438         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1439         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1440           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1441             I->eraseFromParent();
1442         return P;
1443       }
1444       if (!OffsetPtr) {
1445         OffsetPtr = P;
1446       }
1447     }
1448
1449     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1450     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1451       Int8Ptr = Ptr;
1452       Int8PtrOffset = Offset;
1453     }
1454
1455     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1456     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1457       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1458     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1459       if (GA->mayBeOverridden())
1460         break;
1461       Ptr = GA->getAliasee();
1462     } else {
1463       break;
1464     }
1465     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1466   } while (Visited.insert(Ptr));
1467
1468   if (!OffsetPtr) {
1469     if (!Int8Ptr) {
1470       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, IRB.getInt8PtrTy(),
1471                                   Prefix + ".raw_cast");
1472       Int8PtrOffset = Offset;
1473     }
1474
1475     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
1476       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1477                             Prefix + ".raw_idx");
1478   }
1479   Ptr = OffsetPtr;
1480
1481   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1482   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1483     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, Prefix + ".cast");
1484
1485   return Ptr;
1486 }
1487
1488 /// \brief Test whether the given alloca partition can be promoted to a vector.
1489 ///
1490 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1491 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
1492 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
1493 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
1494 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
1495 /// be promotable, so we have an early test here.
1496 static bool isVectorPromotionViable(const TargetData &TD,
1497                                     Type *AllocaTy,
1498                                     AllocaPartitioning &P,
1499                                     uint64_t PartitionBeginOffset,
1500                                     uint64_t PartitionEndOffset,
1501                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
1502                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
1503   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
1504   if (!Ty)
1505     return false;
1506
1507   uint64_t VecSize = TD.getTypeSizeInBits(Ty);
1508   uint64_t ElementSize = Ty->getScalarSizeInBits();
1509
1510   // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
1511   // that aren't byte sized.
1512   if (ElementSize % 8)
1513     return false;
1514   assert((VecSize % 8) == 0 && "vector size not a multiple of element size?");
1515   VecSize /= 8;
1516   ElementSize /= 8;
1517
1518   for (; I != E; ++I) {
1519     uint64_t BeginOffset = I->BeginOffset - PartitionBeginOffset;
1520     uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1521     if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1522         BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1523       return false;
1524     uint64_t EndOffset = I->EndOffset - PartitionBeginOffset;
1525     uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1526     if (EndIndex * ElementSize != EndOffset ||
1527         EndIndex > Ty->getNumElements())
1528       return false;
1529
1530     // FIXME: We should build shuffle vector instructions to handle
1531     // non-element-sized accesses.
1532     if ((EndOffset - BeginOffset) != ElementSize &&
1533         (EndOffset - BeginOffset) != VecSize)
1534       return false;
1535
1536     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(&*I->User)) {
1537       if (MI->isVolatile())
1538         return false;
1539       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(&*I->User)) {
1540         const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
1541           = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
1542         if (!MTO.IsSplittable)
1543           return false;
1544       }
1545     } else if (I->Ptr->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1546       // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1547       return false;
1548     } else if (!isa<LoadInst>(*I->User) && !isa<StoreInst>(*I->User)) {
1549       return false;
1550     }
1551   }
1552   return true;
1553 }
1554
1555 namespace {
1556 /// \brief Visitor to rewrite instructions using a partition of an alloca to
1557 /// use a new alloca.
1558 ///
1559 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
1560 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
1561 /// lives here.
1562 class AllocaPartitionRewriter : public InstVisitor<AllocaPartitionRewriter,
1563                                                    bool> {
1564   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
1565   friend class llvm::InstVisitor<AllocaPartitionRewriter, bool>;
1566
1567   const TargetData &TD;
1568   AllocaPartitioning &P;
1569   SROA &Pass;
1570   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
1571   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
1572
1573   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
1574   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
1575   // non-null, we have some strict guarantees about the rewriten alloca:
1576   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
1577   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
1578   //     element.
1579   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
1580   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
1581   //     which are promotable via mem2reg.
1582   VectorType *VecTy;
1583   Type *ElementTy;
1584   uint64_t ElementSize;
1585
1586   // The offset of the partition user currently being rewritten.
1587   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
1588   Instruction *OldPtr;
1589
1590   // The name prefix to use when rewriting instructions for this alloca.
1591   std::string NamePrefix;
1592
1593 public:
1594   AllocaPartitionRewriter(const TargetData &TD, AllocaPartitioning &P,
1595                           AllocaPartitioning::iterator PI,
1596                           SROA &Pass, AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
1597                           uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset)
1598     : TD(TD), P(P), Pass(Pass),
1599       OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
1600       NewAllocaBeginOffset(NewBeginOffset),
1601       NewAllocaEndOffset(NewEndOffset),
1602       VecTy(), ElementTy(), ElementSize(),
1603       BeginOffset(), EndOffset() {
1604   }
1605
1606   /// \brief Visit the users of the alloca partition and rewrite them.
1607   bool visitUsers(AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
1608                   AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
1609     if (isVectorPromotionViable(TD, NewAI.getAllocatedType(), P,
1610                                 NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset,
1611                                 I, E)) {
1612       ++NumVectorized;
1613       VecTy = cast<VectorType>(NewAI.getAllocatedType());
1614       ElementTy = VecTy->getElementType();
1615       assert((VecTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
1616              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
1617       ElementSize = VecTy->getScalarSizeInBits() / 8;
1618     }
1619     bool CanSROA = true;
1620     for (; I != E; ++I) {
1621       BeginOffset = I->BeginOffset;
1622       EndOffset = I->EndOffset;
1623       OldPtr = I->Ptr;
1624       NamePrefix = (Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset)).str();
1625       CanSROA &= visit(I->User);
1626     }
1627     if (VecTy) {
1628       assert(CanSROA);
1629       VecTy = 0;
1630       ElementTy = 0;
1631       ElementSize = 0;
1632     }
1633     return CanSROA;
1634   }
1635
1636 private:
1637   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
1638   bool visitInstruction(Instruction &I) {
1639     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
1640     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
1641   }
1642
1643   Twine getName(const Twine &Suffix) {
1644     return NamePrefix + Suffix;
1645   }
1646
1647   Value *getAdjustedAllocaPtr(IRBuilder<> &IRB, Type *PointerTy) {
1648     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset);
1649     APInt Offset(TD.getPointerSizeInBits(), BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
1650     return getAdjustedPtr(IRB, TD, &NewAI, Offset, PointerTy, getName(""));
1651   }
1652
1653   ConstantInt *getIndex(IRBuilder<> &IRB, uint64_t Offset) {
1654     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
1655     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
1656     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
1657     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
1658     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
1659     return IRB.getInt32(Index);
1660   }
1661
1662   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
1663     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
1664     if (isInstructionTriviallyDead(I))
1665       Pass.DeadInsts.push_back(I);
1666   }
1667
1668   Value *getValueCast(IRBuilder<> &IRB, Value *V, Type *Ty) {
1669     if (V->getType()->isIntegerTy() && Ty->isPointerTy())
1670       return IRB.CreateIntToPtr(V, Ty);
1671     if (V->getType()->isPointerTy() && Ty->isIntegerTy())
1672       return IRB.CreatePtrToInt(V, Ty);
1673
1674     return IRB.CreateBitCast(V, Ty);
1675   }
1676
1677   bool rewriteVectorizedLoadInst(IRBuilder<> &IRB, LoadInst &LI, Value *OldOp) {
1678     Value *Result;
1679     if (LI.getType() == VecTy->getElementType() ||
1680         BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset) {
1681       Result
1682         = IRB.CreateExtractElement(IRB.CreateLoad(&NewAI, getName(".load")),
1683                                    getIndex(IRB, BeginOffset),
1684                                    getName(".extract"));
1685     } else {
1686       Result = IRB.CreateLoad(&NewAI, getName(".load"));
1687     }
1688     if (Result->getType() != LI.getType())
1689       Result = getValueCast(IRB, Result, LI.getType());
1690     LI.replaceAllUsesWith(Result);
1691     Pass.DeadInsts.push_back(&LI);
1692
1693     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Result << "\n");
1694     return true;
1695   }
1696
1697   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
1698     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
1699     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
1700     assert(OldOp == OldPtr);
1701     IRBuilder<> IRB(&LI);
1702
1703     if (VecTy)
1704       return rewriteVectorizedLoadInst(IRB, LI, OldOp);
1705
1706     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB,
1707                                          LI.getPointerOperand()->getType());
1708     LI.setOperand(0, NewPtr);
1709     DEBUG(dbgs() << "          to: " << LI << "\n");
1710
1711     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
1712     return NewPtr == &NewAI && !LI.isVolatile();
1713   }
1714
1715   bool rewriteVectorizedStoreInst(IRBuilder<> &IRB, StoreInst &SI,
1716                                   Value *OldOp) {
1717     Value *V = SI.getValueOperand();
1718     if (V->getType() == ElementTy ||
1719         BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset) {
1720       if (V->getType() != ElementTy)
1721         V = getValueCast(IRB, V, ElementTy);
1722       V = IRB.CreateInsertElement(IRB.CreateLoad(&NewAI, getName(".load")), V,
1723                                   getIndex(IRB, BeginOffset),
1724                                   getName(".insert"));
1725     } else if (V->getType() != VecTy) {
1726       V = getValueCast(IRB, V, VecTy);
1727     }
1728     StoreInst *Store = IRB.CreateStore(V, &NewAI);
1729     Pass.DeadInsts.push_back(&SI);
1730
1731     (void)Store;
1732     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
1733     return true;
1734   }
1735
1736   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
1737     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1738     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
1739     assert(OldOp == OldPtr);
1740     IRBuilder<> IRB(&SI);
1741
1742     if (VecTy)
1743       return rewriteVectorizedStoreInst(IRB, SI, OldOp);
1744
1745     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB,
1746                                          SI.getPointerOperand()->getType());
1747     SI.setOperand(1, NewPtr);
1748     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
1749
1750     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
1751     return NewPtr == &NewAI && !SI.isVolatile();
1752   }
1753
1754   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
1755     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
1756     IRBuilder<> IRB(&II);
1757     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
1758
1759     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
1760     // pointer to the new alloca.
1761     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
1762       II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
1763       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
1764       return false;
1765     }
1766
1767     // Record this instruction for deletion.
1768     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
1769       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
1770
1771     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
1772     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
1773
1774     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
1775     // a single value type, just emit a memset.
1776     if (!VecTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
1777                    EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
1778                    !AllocaTy->isSingleValueType() ||
1779                    !TD.isLegalInteger(TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy)))) {
1780       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
1781       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
1782
1783       CallInst *New
1784         = IRB.CreateMemSet(getAdjustedAllocaPtr(IRB,
1785                                                 II.getRawDest()->getType()),
1786                            II.getValue(), Size, II.getAlignment(),
1787                            II.isVolatile());
1788       (void)New;
1789       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
1790       return false;
1791     }
1792
1793     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
1794     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
1795     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
1796     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, bitcasting to the
1797     // desired scalar type, and splatting it across any desired vector type.
1798     Value *V = II.getValue();
1799     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
1800     Type *IntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(),
1801                                   TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy));
1802     if (TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy) > VTy->getBitWidth())
1803       V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, IntTy, getName(".zext")),
1804                         ConstantExpr::getUDiv(
1805                           Constant::getAllOnesValue(IntTy),
1806                           ConstantExpr::getZExt(
1807                             Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
1808                             IntTy)),
1809                         getName(".isplat"));
1810     if (V->getType() != ScalarTy) {
1811       if (ScalarTy->isPointerTy())
1812         V = IRB.CreateIntToPtr(V, ScalarTy);
1813       else if (ScalarTy->isPrimitiveType() || ScalarTy->isVectorTy())
1814         V = IRB.CreateBitCast(V, ScalarTy);
1815       else if (ScalarTy->isIntegerTy())
1816         llvm_unreachable("Computed different integer types with equal widths");
1817       else
1818         llvm_unreachable("Invalid scalar type");
1819     }
1820
1821     // If this is an element-wide memset of a vectorizable alloca, insert it.
1822     if (VecTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
1823                   EndOffset < NewAllocaEndOffset)) {
1824       StoreInst *Store = IRB.CreateStore(
1825         IRB.CreateInsertElement(IRB.CreateLoad(&NewAI, getName(".load")), V,
1826                                 getIndex(IRB, BeginOffset),
1827                                 getName(".insert")),
1828         &NewAI);
1829       (void)Store;
1830       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
1831       return true;
1832     }
1833
1834     // Splat to a vector if needed.
1835     if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy)) {
1836       VectorType *SplatSourceTy = VectorType::get(V->getType(), 1);
1837       V = IRB.CreateShuffleVector(
1838         IRB.CreateInsertElement(UndefValue::get(SplatSourceTy), V,
1839                                 IRB.getInt32(0), getName(".vsplat.insert")),
1840         UndefValue::get(SplatSourceTy),
1841         ConstantVector::getSplat(VecTy->getNumElements(), IRB.getInt32(0)),
1842         getName(".vsplat.shuffle"));
1843       assert(V->getType() == VecTy);
1844     }
1845
1846     Value *New = IRB.CreateStore(V, &NewAI, II.isVolatile());
1847     (void)New;
1848     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
1849     return !II.isVolatile();
1850   }
1851
1852   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
1853     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
1854     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
1855
1856     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
1857     IRBuilder<> IRB(&II);
1858
1859     assert(II.getRawSource() == OldPtr || II.getRawDest() == OldPtr);
1860     bool IsDest = II.getRawDest() == OldPtr;
1861
1862     const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
1863       = P.getMemTransferOffsets(II);
1864
1865     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
1866     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
1867     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
1868     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
1869     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
1870     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
1871     // update both source and dest of a single call.
1872     if (!MTO.IsSplittable) {
1873       Value *OldOp = IsDest ? II.getRawDest() : II.getRawSource();
1874       if (IsDest)
1875         II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
1876       else
1877         II.setSource(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawSource()->getType()));
1878
1879       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
1880       deleteIfTriviallyDead(OldOp);
1881       return false;
1882     }
1883     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
1884     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
1885     // least one of them does not escape. This means that we can replace
1886     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
1887     // downsides to splitting and transforming the operations.
1888
1889     // Compute the relative offset within the transfer.
1890     unsigned IntPtrWidth = TD.getPointerSizeInBits();
1891     APInt RelOffset(IntPtrWidth, BeginOffset - (IsDest ? MTO.DestBegin
1892                                                        : MTO.SourceBegin));
1893
1894     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
1895     // a single value type, just emit a memcpy.
1896     bool EmitMemCpy
1897       = !VecTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
1898                    EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
1899                    !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
1900
1901     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
1902     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
1903     // a no-op.
1904     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
1905       uint64_t OrigBegin = IsDest ? MTO.DestBegin : MTO.SourceBegin;
1906       uint64_t OrigEnd = IsDest ? MTO.DestEnd : MTO.SourceEnd;
1907       // Ensure the start lines up.
1908       assert(BeginOffset == OrigBegin);
1909
1910       // Rewrite the size as needed.
1911       if (EndOffset != OrigEnd)
1912         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
1913                                       EndOffset - BeginOffset));
1914       return false;
1915     }
1916     // Record this instruction for deletion.
1917     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
1918       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
1919
1920     bool IsVectorElement = VecTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
1921                                      EndOffset < NewAllocaEndOffset);
1922
1923     Type *OtherPtrTy = IsDest ? II.getRawSource()->getType()
1924                               : II.getRawDest()->getType();
1925     if (!EmitMemCpy)
1926       OtherPtrTy = IsVectorElement ? VecTy->getElementType()->getPointerTo()
1927                                    : NewAI.getType();
1928
1929     // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
1930     // a single, simple GEP in most cases.
1931     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
1932     OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, TD, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy,
1933                               getName("." + OtherPtr->getName()));
1934
1935     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
1936     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
1937     if (AllocaInst *AI
1938           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets()))
1939       Pass.Worklist.insert(AI);
1940
1941     if (EmitMemCpy) {
1942       Value *OurPtr
1943         = getAdjustedAllocaPtr(IRB, IsDest ? II.getRawDest()->getType()
1944                                            : II.getRawSource()->getType());
1945       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
1946       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
1947
1948       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(IsDest ? OurPtr : OtherPtr,
1949                                        IsDest ? OtherPtr : OurPtr,
1950                                        Size, II.getAlignment(),
1951                                        II.isVolatile());
1952       (void)New;
1953       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
1954       return false;
1955     }
1956
1957     Value *SrcPtr = OtherPtr;
1958     Value *DstPtr = &NewAI;
1959     if (!IsDest)
1960       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
1961
1962     Value *Src;
1963     if (IsVectorElement && !IsDest) {
1964       // We have to extract rather than load.
1965       Src = IRB.CreateExtractElement(IRB.CreateLoad(SrcPtr,
1966                                                     getName(".copyload")),
1967                                      getIndex(IRB, BeginOffset),
1968                                      getName(".copyextract"));
1969     } else {
1970       Src = IRB.CreateLoad(SrcPtr, II.isVolatile(), getName(".copyload"));
1971     }
1972
1973     if (IsVectorElement && IsDest) {
1974       // We have to insert into a loaded copy before storing.
1975       Src = IRB.CreateInsertElement(IRB.CreateLoad(&NewAI, getName(".load")),
1976                                     Src, getIndex(IRB, BeginOffset),
1977                                     getName(".insert"));
1978     }
1979
1980     Value *Store = IRB.CreateStore(Src, DstPtr, II.isVolatile());
1981     (void)Store;
1982     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
1983     return !II.isVolatile();
1984   }
1985
1986   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
1987     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
1988            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
1989     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
1990     IRBuilder<> IRB(&II);
1991     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
1992
1993     // Record this instruction for deletion.
1994     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
1995       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
1996
1997     ConstantInt *Size
1998       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
1999                          EndOffset - BeginOffset);
2000     Value *Ptr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getArgOperand(1)->getType());
2001     Value *New;
2002     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2003       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2004     else
2005       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2006
2007     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2008     return true;
2009   }
2010
2011   /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
2012   /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
2013   /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
2014   /// From this:
2015   ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
2016   ///   %V = load i32* %P2
2017   /// to:
2018   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
2019   ///   ...
2020   ///   %V2 = load i32* %Other
2021   ///   ...
2022   ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
2023   ///
2024   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
2025   /// to the select can be loaded unconditionally.
2026   ///
2027   /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
2028   /// Transforms/Util/Local.h
2029   bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN, SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
2030     // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
2031     // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
2032     // TODO: Allow recursive phi users.
2033     // TODO: Allow stores.
2034     BasicBlock *BB = PN.getParent();
2035     unsigned MaxAlign = 0;
2036     for (Value::use_iterator UI = PN.use_begin(), UE = PN.use_end();
2037          UI != UE; ++UI) {
2038       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
2039       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
2040
2041       // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
2042       // a common case that happens when instcombine merges two loads through
2043       // a PHI.
2044       if (LI->getParent() != BB) return false;
2045
2046       // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
2047       // could store.
2048       for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
2049         if (BBI->mayWriteToMemory())
2050           return false;
2051
2052       MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
2053       Loads.push_back(LI);
2054     }
2055
2056     // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
2057     // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
2058     // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
2059     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num;
2060          ++Idx) {
2061       TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
2062       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
2063
2064       // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
2065       // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
2066       // in the predecessor.
2067       if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
2068         return false;
2069
2070       // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
2071       // critical.
2072       if (TI->getNumSuccessors() == 1)
2073         continue;
2074
2075       // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
2076       // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
2077       // block.
2078       if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
2079           isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, &TD))
2080         continue;
2081
2082       return false;
2083     }
2084
2085     return true;
2086   }
2087
2088   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2089     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2090     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2091     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2092     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2093     // dominate the PHI.
2094     IRBuilder<> PtrBuilder(cast<Instruction>(OldPtr));
2095
2096     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
2097     if (!isSafePHIToSpeculate(PN, Loads)) {
2098       Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
2099       // Replace the operands which were using the old pointer.
2100       User::op_iterator OI = PN.op_begin(), OE = PN.op_end();
2101       for (; OI != OE; ++OI)
2102         if (*OI == OldPtr)
2103           *OI = NewPtr;
2104
2105       DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2106       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2107       return false;
2108     }
2109     assert(!Loads.empty());
2110
2111     Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
2112     IRBuilder<> PHIBuilder(&PN);
2113     PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues());
2114     NewPN->takeName(&PN);
2115
2116     // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
2117     // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
2118     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(Loads.back());
2119     MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
2120     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
2121     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
2122
2123     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
2124     do {
2125       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
2126       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
2127       Pass.DeadInsts.push_back(LI);
2128     } while (!Loads.empty());
2129
2130     // Inject loads into all of the pred blocks.
2131     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
2132       BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
2133       TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
2134       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
2135       IRBuilder<> PredBuilder(TI);
2136
2137       // Map the value to the new alloca pointer if this was the old alloca
2138       // pointer.
2139       bool ThisOperand = InVal == OldPtr;
2140       if (ThisOperand)
2141         InVal = NewPtr;
2142
2143       LoadInst *Load
2144         = PredBuilder.CreateLoad(InVal, getName(".sroa.speculate." +
2145                                                 Pred->getName()));
2146       ++NumLoadsSpeculated;
2147       Load->setAlignment(Align);
2148       if (TBAATag)
2149         Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
2150       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
2151
2152       if (ThisOperand)
2153         continue;
2154       Instruction *OtherPtr = dyn_cast<Instruction>(InVal);
2155       if (!OtherPtr)
2156         // No uses to rewrite.
2157         continue;
2158
2159       // Try to lookup and rewrite any partition uses corresponding to this phi
2160       // input.
2161       AllocaPartitioning::iterator PI
2162         = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(PN, OtherPtr);
2163       if (PI != P.end()) {
2164         // If the other pointer is within the partitioning, replace the PHI in
2165         // its uses with the load we just speculated, or add another load for
2166         // it to rewrite if we've already replaced the PHI.
2167         AllocaPartitioning::use_iterator UI
2168           = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(PN, OtherPtr);
2169         if (isa<PHINode>(*UI->User))
2170           UI->User = Load;
2171         else {
2172           AllocaPartitioning::PartitionUse OtherUse = *UI;
2173           OtherUse.User = Load;
2174           P.use_insert(PI, std::upper_bound(UI, P.use_end(PI), OtherUse),
2175                        OtherUse);
2176         }
2177       }
2178     }
2179     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
2180     return NewPtr == &NewAI;
2181   }
2182
2183   /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
2184   /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
2185   /// allowing the load of the alloca to be promoted.
2186   /// From this:
2187   ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
2188   ///   %V = load i32* %P2
2189   /// to:
2190   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
2191   ///   %V2 = load i32* %Other
2192   ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
2193   ///
2194   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
2195   /// to the select can be loaded unconditionally.
2196   bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI,
2197                                SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
2198     Value *TValue = SI.getTrueValue();
2199     Value *FValue = SI.getFalseValue();
2200     bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer();
2201     bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer();
2202
2203     for (Value::use_iterator UI = SI.use_begin(), UE = SI.use_end();
2204          UI != UE; ++UI) {
2205       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
2206       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
2207
2208       // Both operands to the select need to be dereferencable, either
2209       // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
2210       // accesses to it.
2211       if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI,
2212                                                       LI->getAlignment(), &TD))
2213         return false;
2214       if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI,
2215                                                       LI->getAlignment(), &TD))
2216         return false;
2217       Loads.push_back(LI);
2218     }
2219
2220     return true;
2221   }
2222
2223   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2224     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2225     IRBuilder<> IRB(&SI);
2226
2227     // Find the operand we need to rewrite here.
2228     bool IsTrueVal = SI.getTrueValue() == OldPtr;
2229     if (IsTrueVal)
2230       assert(SI.getFalseValue() != OldPtr && "Pointer is both operands!");
2231     else
2232       assert(SI.getFalseValue() == OldPtr && "Pointer isn't an operand!");
2233     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, OldPtr->getType());
2234
2235     // If the select isn't safe to speculate, just use simple logic to emit it.
2236     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
2237     if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, Loads)) {
2238       SI.setOperand(IsTrueVal ? 1 : 2, NewPtr);
2239       DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2240       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2241       return false;
2242     }
2243
2244     Value *OtherPtr = IsTrueVal ? SI.getFalseValue() : SI.getTrueValue();
2245     AllocaPartitioning::iterator PI
2246       = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(SI, OtherPtr);
2247     AllocaPartitioning::PartitionUse OtherUse;
2248     if (PI != P.end()) {
2249       // If the other pointer is within the partitioning, remove the select
2250       // from its uses. We'll add in the new loads below.
2251       AllocaPartitioning::use_iterator UI
2252         = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(SI, OtherPtr);
2253       OtherUse = *UI;
2254       P.use_erase(PI, UI);
2255     }
2256
2257     Value *TV = IsTrueVal ? NewPtr : SI.getTrueValue();
2258     Value *FV = IsTrueVal ? SI.getFalseValue() : NewPtr;
2259     // Replace the loads of the select with a select of two loads.
2260     while (!Loads.empty()) {
2261       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
2262
2263       IRB.SetInsertPoint(LI);
2264       LoadInst *TL =
2265         IRB.CreateLoad(TV, getName("." + LI->getName() + ".true"));
2266       LoadInst *FL =
2267         IRB.CreateLoad(FV, getName("." + LI->getName() + ".false"));
2268       NumLoadsSpeculated += 2;
2269       if (PI != P.end()) {
2270         LoadInst *OtherLoad = IsTrueVal ? FL : TL;
2271         assert(OtherUse.Ptr == OtherLoad->getOperand(0));
2272         OtherUse.User = OtherLoad;
2273         P.use_insert(PI, P.use_end(PI), OtherUse);
2274       }
2275
2276       // Transfer alignment and TBAA info if present.
2277       TL->setAlignment(LI->getAlignment());
2278       FL->setAlignment(LI->getAlignment());
2279       if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
2280         TL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
2281         FL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
2282       }
2283
2284       Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL);
2285       V->takeName(LI);
2286       DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
2287       LI->replaceAllUsesWith(V);
2288       Pass.DeadInsts.push_back(LI);
2289     }
2290     if (PI != P.end())
2291       std::stable_sort(P.use_begin(PI), P.use_end(PI));
2292
2293     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2294     return NewPtr == &NewAI;
2295   }
2296
2297 };
2298 }
2299
2300 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
2301 /// offset and size.
2302 ///
2303 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
2304 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
2305 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section.
2306 static Type *getTypePartition(const TargetData &TD, Type *Ty,
2307                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
2308   if (Offset == 0 && TD.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
2309     return Ty;
2310
2311   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
2312     // We can't partition pointers...
2313     if (SeqTy->isPointerTy())
2314       return 0;
2315
2316     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
2317     uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
2318     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
2319     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy))
2320       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
2321         return 0;
2322     if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy))
2323       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
2324         return 0;
2325     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
2326
2327     // First check if we need to recurse.
2328     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
2329       // Bail if the partition ends in a different array element.
2330       if ((Offset + Size) > ElementSize)
2331         return 0;
2332       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
2333       return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
2334     }
2335     assert(Offset == 0);
2336
2337     if (Size == ElementSize)
2338       return ElementTy;
2339     assert(Size > ElementSize);
2340     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
2341     if (NumElements * ElementSize != Size)
2342       return 0;
2343     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
2344   }
2345
2346   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
2347   if (!STy)
2348     return 0;
2349
2350   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
2351   if (Offset > SL->getSizeInBytes())
2352     return 0;
2353   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
2354   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
2355     return 0;
2356
2357   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
2358   if (SL->getElementOffset(Index) != Offset)
2359     return 0; // Inside of padding.
2360   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
2361
2362   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
2363   uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
2364   if (Offset >= ElementSize)
2365     return 0; // The offset points into alignment padding.
2366
2367   // See if any partition must be contained by the element.
2368   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
2369     if ((Offset + Size) > ElementSize)
2370       return 0;
2371     // Bail if this is a poniter element, we can't recurse through them.
2372     if (ElementTy->isPointerTy())
2373       return 0;
2374     return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
2375   }
2376   assert(Offset == 0);
2377
2378   if (Size == ElementSize)
2379     return ElementTy;
2380
2381   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
2382                                EE = STy->element_end();
2383   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
2384     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
2385     if (Index == EndIndex)
2386       return 0; // Within a single element and its padding.
2387     assert(Index < EndIndex);
2388     assert(Index + EndIndex <= STy->getNumElements());
2389     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
2390   }
2391
2392   // Try to build up a sub-structure.
2393   SmallVector<Type *, 4> ElementTys;
2394   do {
2395     ElementTys.push_back(*EI++);
2396   } while (EI != EE);
2397   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), ElementTys,
2398                                       STy->isPacked());
2399   const StructLayout *SubSL = TD.getStructLayout(SubTy);
2400   if (Size == SubSL->getSizeInBytes())
2401     return SubTy;
2402
2403   // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
2404   // sub-struct to find a natural end point.
2405   return 0;
2406 }
2407
2408 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
2409 ///
2410 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
2411 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
2412 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
2413 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
2414 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
2415 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
2416 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
2417 /// promoted.
2418 bool SROA::rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
2419                                   AllocaPartitioning &P,
2420                                   AllocaPartitioning::iterator PI) {
2421   uint64_t AllocaSize = PI->EndOffset - PI->BeginOffset;
2422   if (P.use_begin(PI) == P.use_end(PI))
2423     return false; // No live uses left of this partition.
2424
2425   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
2426   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
2427   // or an i8 array of an appropriate size.
2428   Type *AllocaTy = 0;
2429   if (Type *PartitionTy = P.getCommonType(PI))
2430     if (TD->getTypeAllocSize(PartitionTy) >= AllocaSize)
2431       AllocaTy = PartitionTy;
2432   if (!AllocaTy)
2433     if (Type *PartitionTy = getTypePartition(*TD, AI.getAllocatedType(),
2434                                              PI->BeginOffset, AllocaSize))
2435       AllocaTy = PartitionTy;
2436   if ((!AllocaTy ||
2437        (AllocaTy->isArrayTy() &&
2438         AllocaTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
2439       TD->isLegalInteger(AllocaSize * 8))
2440     AllocaTy = Type::getIntNTy(*C, AllocaSize * 8);
2441   if (!AllocaTy)
2442     AllocaTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), AllocaSize);
2443   assert(TD->getTypeAllocSize(AllocaTy) >= AllocaSize);
2444
2445   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
2446   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
2447   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
2448   // performe phi and select speculation.
2449   AllocaInst *NewAI;
2450   if (AllocaTy == AI.getAllocatedType()) {
2451     assert(PI->BeginOffset == 0 &&
2452            "Non-zero begin offset but same alloca type");
2453     assert(PI == P.begin() && "Begin offset is zero on later partition");
2454     NewAI = &AI;
2455   } else {
2456     // FIXME: The alignment here is overly conservative -- we could in many
2457     // cases get away with much weaker alignment constraints.
2458     NewAI = new AllocaInst(AllocaTy, 0, AI.getAlignment(),
2459                            AI.getName() + ".sroa." + Twine(PI - P.begin()),
2460                            &AI);
2461     ++NumNewAllocas;
2462   }
2463
2464   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
2465                << "[" << PI->BeginOffset << "," << PI->EndOffset << ") to: "
2466                << *NewAI << "\n");
2467
2468   AllocaPartitionRewriter Rewriter(*TD, P, PI, *this, AI, *NewAI,
2469                                    PI->BeginOffset, PI->EndOffset);
2470   DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
2471   DEBUG(P.print(dbgs(), PI, ""));
2472   if (Rewriter.visitUsers(P.use_begin(PI), P.use_end(PI))) {
2473     DEBUG(dbgs() << "  and queuing for promotion\n");
2474     PromotableAllocas.push_back(NewAI);
2475   } else if (NewAI != &AI) {
2476     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
2477     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
2478     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
2479     Worklist.insert(NewAI);
2480   }
2481   return true;
2482 }
2483
2484 /// \brief Walks the partitioning of an alloca rewriting uses of each partition.
2485 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P) {
2486   bool Changed = false;
2487   for (AllocaPartitioning::iterator PI = P.begin(), PE = P.end(); PI != PE;
2488        ++PI)
2489     Changed |= rewriteAllocaPartition(AI, P, PI);
2490
2491   return Changed;
2492 }
2493
2494 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
2495 ///
2496 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
2497 /// a partitioning of the alloca, and then hands it off to be split and
2498 /// rewritten as needed.
2499 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
2500   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
2501   ++NumAllocasAnalyzed;
2502
2503   // Special case dead allocas, as they're trivial.
2504   if (AI.use_empty()) {
2505     AI.eraseFromParent();
2506     return true;
2507   }
2508
2509   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
2510   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
2511       TD->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
2512     return false;
2513
2514   // First check if this is a non-aggregate type that we should simply promote.
2515   if (!AI.getAllocatedType()->isAggregateType() && isAllocaPromotable(&AI)) {
2516     DEBUG(dbgs() << "  Trivially scalar type, queuing for promotion...\n");
2517     PromotableAllocas.push_back(&AI);
2518     return false;
2519   }
2520
2521   // Build the partition set using a recursive instruction-visiting builder.
2522   AllocaPartitioning P(*TD, AI);
2523   DEBUG(P.print(dbgs()));
2524   if (P.isEscaped())
2525     return false;
2526
2527   // No partitions to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
2528   if (P.begin() == P.end())
2529     return false;
2530
2531   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
2532   bool Changed = false;
2533   for (AllocaPartitioning::dead_user_iterator DI = P.dead_user_begin(),
2534                                               DE = P.dead_user_end();
2535        DI != DE; ++DI) {
2536     Changed = true;
2537     (*DI)->replaceAllUsesWith(UndefValue::get((*DI)->getType()));
2538     DeadInsts.push_back(*DI);
2539   }
2540   for (AllocaPartitioning::dead_op_iterator DO = P.dead_op_begin(),
2541                                             DE = P.dead_op_end();
2542        DO != DE; ++DO) {
2543     Value *OldV = **DO;
2544     // Clobber the use with an undef value.
2545     **DO = UndefValue::get(OldV->getType());
2546     if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
2547       if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
2548         Changed = true;
2549         DeadInsts.push_back(OldI);
2550       }
2551   }
2552
2553   return splitAlloca(AI, P) || Changed;
2554 }
2555
2556 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
2557 ///
2558 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
2559 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
2560 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
2561 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
2562 ///
2563 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
2564 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
2565 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst*, 4> &DeletedAllocas) {
2566   DeadSplitInsts.clear();
2567   while (!DeadInsts.empty()) {
2568     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
2569     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
2570
2571     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
2572       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
2573         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
2574         *OI = 0;
2575         if (isInstructionTriviallyDead(U))
2576           DeadInsts.push_back(U);
2577       }
2578
2579     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
2580       DeletedAllocas.insert(AI);
2581
2582     ++NumDeleted;
2583     I->eraseFromParent();
2584   }
2585 }
2586
2587 namespace {
2588   /// \brief A predicate to test whether an alloca belongs to a set.
2589   class IsAllocaInSet {
2590     typedef SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> SetType;
2591     const SetType &Set;
2592
2593   public:
2594     IsAllocaInSet(const SetType &Set) : Set(Set) {}
2595     bool operator()(AllocaInst *AI) { return Set.count(AI); }
2596   };
2597 }
2598
2599 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
2600   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
2601   C = &F.getContext();
2602   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
2603   if (!TD) {
2604     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
2605     return false;
2606   }
2607   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2608
2609   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
2610   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = llvm::prior(EntryBB.end());
2611        I != E; ++I)
2612     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
2613       Worklist.insert(AI);
2614
2615   bool Changed = false;
2616   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
2617   // the list of promotable allocas.
2618   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
2619
2620   while (!Worklist.empty()) {
2621     Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
2622     deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
2623     if (!DeletedAllocas.empty()) {
2624       PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
2625                                              PromotableAllocas.end(),
2626                                              IsAllocaInSet(DeletedAllocas)),
2627                               PromotableAllocas.end());
2628       DeletedAllocas.clear();
2629     }
2630   }
2631
2632   if (!PromotableAllocas.empty()) {
2633     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
2634     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT);
2635     Changed = true;
2636     NumPromoted += PromotableAllocas.size();
2637     PromotableAllocas.clear();
2638   }
2639
2640   return Changed;
2641 }
2642
2643 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
2644   AU.addRequired<DominatorTree>();
2645   AU.setPreservesCFG();
2646 }